Ինչն է ամենաարագն աշխարհում
Արդյո՞ք գոյություն ունի սահմանային արագություն, որը չի կարող գերազանցել տիեզերքում գոյություն ունեցող և ո՛չ մի մարմին։ Պարզվում է՝ այո։ Երևի թե չեք զարմանա, եթե լսեք, որ խոսքը վերաբերում է լույսի արագությանը վակուումում՝ ոչ մի նյութ չպարունակող տարածությունում։ Սա բխում է նաև Էյնշտեյնյան հանրահայտ հարաբերականության տեսությունից։ Լույսը վակուումում տարածվում է բավականին արագ՝ մոտավորապես 300 000 կմ 1 վայրկայում։ Որպեսզի ավելի լավ պատկերացնենք, թե ինչպիսի արագության հետ գործ ունենք, բերենք մի քանի օրինակ։ 1 վայրկյանում այսպիսի արագությամբ երկրի շուրջը կարելի է կատարել մոտավորապես 7,5 պտույտ, դեպի Մարս ուղևորությունը, ինչը շարունակում է երազանք մնալ մարդկության (հատկապես Իլոն Մասկի) համար, կտևեր ընդամենը 12 րոպե։
Արագության չափման մեթոդներ
Իսկ ինչպե՞ս են չափում որևէ շարժվող մարմնի արագությունը։ Երբ հարցը վերաբերվում է մեզ շրջապատող «մեծ» մարմինների (չնայած այս մարմինները բավականին փոքր են համեմատած մոլորակների, աստղերի և երկնային այլ մարմինների, գրեթե նույնքան անգամ էլ մեծ են ատոմներից, լույսը կազմող ֆոտոններից և այլ տարրական մասնիկներից , այդ իսկ պատճառով էլ հարաբերականորեն նրանց անվանենք «մեծ») աշխարհին՝ մակրոաշխարհին, ամեն ինչ պարզ է։ Ամենահասարակ մեթոդը մեզ հայտնի է դեռևս դպրոցից։ Հաշվելով մարմնի անցած ճանապարհը, և այն բաժանելով շարժումը կատարելու ժամանակին վրա կարելի է հաշվել մարմնի միջին արագությունը։ Այժմ, արագությունը չափող սարք կա ցանկացած մեքենայում։ Սակայն հարցն այլ է լույսի արագության դեպքում։ Ինչպես նկատեցիք, եթե հայտնի է, թե ինչ արագությամբ է շարժվում մարմինը, կարող ենք իմանալ, թե որքան ժամանակում մարմինը կանցնի ցանկացած ճանապարհ՝ անցած ճանապարհը բաժանելով արագությանը։ Օրինակ՝ լույսը 1 կիլոմետրը կանցնի 0.000003 վայրկյանում։ Մարդը աչքը թարթում է (այստեղից էլ հայերենի «ակնթարթ» բառը) 0,3 վայրկայանում՝ 10 000 անգամ ավելի երկար, քան լույսը անցնում է 1 կիլոմետրը։ Այս խելահեղ փաստերն իմանալուց հետո, հավանաբար կհարցնեք, թե ինչպես կարելի է չափել լույսի արագությունը, բնական հարց, որը մարդկանց մոտ առաջացել է շատ վաղ ժամանակներից։
Լույսի արագության չափման Գալիլեյան մեթոդ
Այս հարցի որոնումներում առաջինը հիշատակվում է Գալիլեո Գալիլեի անունը։ Շատերդ լսել եք Գալիլեի մասին, բայց նրա անունը հավանաբար կապում եք նրա կատարած աստղադիտումների, կամ էլ օրինակ մեխանիկայում հայտնի Գալիլեյան ձևափոխությունների հետ։ Իրականում, իտակալացի ֆիզիկոս, աստղագետ, ինժեներ և փիլիսոփա Գալիլեո Գալիլեյին է վերագրվում լույսի արագության չափման առաջին փորձը։ Գալիլեյին հաջողվում է միայն հասկանալ որ լույսը տարածվում է չափազանց արագ, սակայն՝ ոչ մի լուրջ արդյունք։ Ահա թե ինչպես էր Գալիլեյը փորձում չափել լույսի արագությունը։ Գիշերը, երկու հոգի, գտնվելով իրարից բավականին հեռու՝ երկու բլուրների գագաթներին, ձեռքում պահում են կափարիչով լապտեր։ Առաջինը բացում է կափարիչը, երկրորդը նկատելով լույսը նույնպես բացում է կափարիչը։ Այսպես Գալիլեյը փորձում էր հաշվել, թե որքան ժամանակում լույսը առաջին մարդուց կհասնի երկրորդին և հետ կվերադառնա։ Այդ տվյալներին տիրապետելով նա կարող էր հաշվել լույսի արագությունը՝ լույսի անցած ճանապարհը բաժանելով այդ պրոցեսի ժամանակի վրա։ Սակայն ամեն ինչ այդքան էլ հեշտ չէր, որքան պատկերացնում էր Գալիլեյը։ Մարդու ռեակցիայի արագությունը բազմաթիվ անգամ դանդաղ է լույսի արագությունից, ուստի ստացվում է բավականին մեծ սխալանք։ Մարդու ռեակցիայի արագությունը ցույց է տալիս, թե որքան ժամանակ անց է մարդը արձագանքում ստացված ազդակին։ Մարդու միջին ռեակցիայի արագությունը 250 միլիվայրկյան է՝ այսինքն նա իր ստացած ազդակին արձագանքում է 250 միլիվայրկյան հետո միայն (շփոթմունքից զերծ մնալու համար նշենք, որ այստեղ «արձագանքի արագություն» բառակապակցությունը հարաբերական տերմին է, քանի որ միլիվայրկյանը ժամանակի չափման միավոր է)։ Այժմ, երբ մենք հստակ գիտենք, որ լույսի արագությունը 299 792 458 մ/վրկ է, կարող ենք հաշվել, որ 250 միլիվայրկյանում լույսը անցնում է մոտավորապես 75 հազար կիլոմետր, ինչը գրեթե հավասար է երկրի շուրջ մոտ երկու պտույտ կատարելու եղած հեռավորությանը։ Այսպիսով, երևի թե կռահեցիք, որ Գալիլեյին որևէ լուրջ արդյունք չհաջողվեց ստանալ։
Լույսի արագության չափումը Յուպիտերի արբանյակների միջոցով
Սիրողական աստղագետները նկատել են, որ նույնիսկ իրենց սիրողական աստղադիտակով հնարավոր է տեսնել Յուպիտերի 4 արբանյակները՝ Իոն, Եվորապան, Գանիմեդը և Կալիստոն։ Այսպիսի աստղադիտումներով կարելի է նկատել որոշակի օրինաչափություններ, արբանյակների ուղեծրերը, հաշվել թե որքան ժամանակ է տևում Իո արբանյակի անցումը Յուպիտերի սկավառակի վրայով: Այսպիսով աստղադիտմուների նկատմամբ սերը Օլե Ռյոմերին օգնեց իր անունը ոսկե տառերով գրել գիտության պատմության մեջ, որպես այն մարդու, ով առաջինը կարողացավ ճշգրտորեն մոտարկել լույսի արագությունը դեռևս 1676 թվականին։ Նա՝ հետևելով Իոյի շարժմանը, նկատեց որ Յուպիտերի սկավառակի վրայով անցումները ավելի երկար են տևում, երբ Երկիրը ավելի հեռու է գտնվում Յուպիտերից։ Այսպիսով հաշվելով տարածության և ժամանակի տարբերությունները, դանիացի աստղագետը կարողացավ հաշվել լույսի արագությունը մեզ հայտնի եղանակի օգնությամբ, տարածության տարբերությունը բաժանելով ժամանակի տարբերությանը։ Հաշվի առնենք նաև այն փաստը, որ մարդը տեսնում է պատկերը, երբ առարկայից լույսը անդրադառնում է մարդու աչքին։ Ուստի, այս աստղադիտումներով Օլե Ռյոմերը փոխաբերական իմաստով ասած հետևում էր «լույսի ճանապարհորդությանը» Յուպիտերի Իո արբանյակից դեպի իրեն՝ Երկիր մոլորակ, ինչի արդյունքում նա առաջինն է ում հաջողվեց բավականին ճշգրիտ արդյունք ստանալ։ Իսկ եթե դու էլ ունես աստղադիտակ, կարող ես կրկնել փորձը և պարզել, արդյո՞ք կարող ես առավել մեծ ճշգրտությամբ հաշվել լույսի արագությունը։ Spaceshop42 թիմը կարծում է, որ ԴՈՒ ԿԱՐՈՂ ԵՍ։
Առավել ճշգրիտ մեթոդը
Շարունակենք մեր ճանապարհորդությունը գիտության պատմության ժամանակի մեքենայով և այժմ ուղևորվենք 1848 թվական, Ֆրանսիա, ֆիզիկոս Արման Իպոլիտ Լուի Ֆիզոյի լաբոատորիա։ Այստեղ տեսնում ենք ատամնավոր անիվ (անիվ, որից դուրս են գալիս քառակուսանման ելուստներ), նրա ետևում ՝ լույսի աղբյուր, իսկ առջևում՝ հայելի։ Սակայն ինչպե՞ս է աշխատում այս տարօրինակ մեխանիզմը և ինչի՞ համար է այն նախատեսված։ Առաջին հայացքից ոչինչ չասող այս սարքը, գիտնականին օգնել է հաշվել լույսի արագությունը սխալվելով իրական արժեքից ընդամենը 5 %-ով։ Երբ լույսի աղբյուրի դիմաց բաց է, լույսը անցնում է ատամիկների միջև գտնվող անցքով և անդրադառնում է հայելուց, ինչը տեսանելի է դիտորդին։ Երբ անիվը պտտվում է, ատամիկները ժամանակ առ ժամանակ փակում են լույսի ճանապարհը, խոչընդոտելով անդրադարձմանը։ Խնդիրը հետևյալն է․ գտնել անիվի պտտման այնպիսի արագություն, որի ժամանակ լույսի անդրադարձում չի լինի։ Այս դեպքում, լույսը՝ անիվից մինչև հայելի և հայելուց մինչև անիվ հեռավորությունը անցնում է նույն ժամանակում, որքան տևում է մեկ ատամիկի տեղաշարժը։
Այժմ լույսի արագությունը միանշանակ է՝ 299 792 458 մ/վրկ, այն պարզ պատճառով, որ մետրի չափման միավորը սահմանվում է լույսի արագությամբ։ 1 մետրը այն տարածությունն է, որը լույսը անցնում է 1/299 792 458 վայրկյանում։ Այս մեծության որոշումը, իրոք որ հիմնաքարային եղավ գիտության համար։ Այն հնարավոր եղավ մարդկանց հնարամտության, համառության, և, ինչպես տեսանք, տիեզերքի հանդեպ ունեցած հետաքրքրության ու ուսումնասիրության շնորհիվ։ Հուսով ենք, որ տիեզերքի հանդեպ ունեցած Ձեր սերը կմղի նորանոր հայտնագործությունների և հաջողությունների։
